第四章 實驗成果與分析
第三節 真實資料介紹
二、 實驗資料
國
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圖 30 南崗工業區航測攝影機校正場正射影像
二、 實驗資料
本研究使用空載光達資料為航遙測學會委託自強工程顧問公司於民國 105 年 7 月 28 日掃描南崗校正場之成果，有關實際光達掃描使用相關參數 如表 18，空載光達掃描航帶分布情形如圖 31：
表 18 光達掃描使用相關參數
空載光達系統型號 Riegl LMS-Q780
絕對航高 (公尺) 分別為低航高約 1000，高航高約 2000 平均地面高 (公尺) 約 190
航帶重疊 66%
掃描頻率 (KHZ) 400
點雲密度 (點/m2)
航帶1 5.35
航帶2 6.01
航帶3 5.11
航帶4 5.74
航帶5 5.42
航帶6 5.77
航帶7 2.88
航帶8 2.69
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FOV (度) 60
低航高航線總數量(條) 6
東西向航線數量(條) 3
南北向航線數量(條) 3
高航高航線總數量(條) 2
東西向航線數量(條) 1
南北向航線數量(條) 1
圖 31 空載光達掃描航帶分布(a：低航高航帶。b：高航高航帶) 本研究選取實驗區域內 6 個山形屋頂及 6 個矩形平屋頂面，共計 12 個，其地理位置分布情形繪製成圖 32 及套疊正射影像如圖 33。並以表 20 顯示山形屋頂現況，以及依第三章第三節所述之工作標準件測得屋脊點 (表 1921)及屋角點(表 21)參考值呈現山形屋頂形狀(圖 34)。本研究實驗 使用之點雲資料皆已經過航帶平差。
(a) (b)
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圖 33 屋頂面地理位置分布套疊正射影像
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表 19 山形屋頂現況說明
編號 點雲套疊正射影像 山形屋頂現況(Google 街景)
S9
S18
S19
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編號 點雲套疊正射影像 山形屋頂現況(Google 街景)
S32
S35
S38
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表 20 山形屋頂之屋脊點坐標(公尺)
編號 屋脊點 橫坐標 縱坐標 橢球高
S9 1 215156.100 2647240.277 219.160 2 215162.155 2647231.292 219.144 S18 1 215703.665 2646788.934 197.623 2 215706.991 2646785.165 197.641 S19 1 215728.476 2646786.450 191.127 2 215733.474 2646781.033 191.119 S32 1 216318.599 2647496.225 141.193 2 216323.206 2647477.842 141.192 S35 1 216290.707 2647122.161 155.476 2 216293.552 2647117.513 155.471 S38 1 216278.170 2647256.709 149.391 2 216282.470 2647247.077 149.420
‧
1 215151.771 2647237.321 217.768 2 215157.815 2647228.394 217.757 3 215160.491 2647243.146 217.759 4 215166.500 2647234.232 217.755
S18
1 215696.378 2646782.315 196.165 2 215699.692 2646778.608 196.185 3 215710.905 2646795.468 196.176 4 215714.262 2646791.808 196.207
S19
1 215722.975 2646781.327 189.638 2 215727.941 2646775.945 189.618 3 215734.051 2646791.532 189.606 4 215739.015 2646786.135 189.604
S32
1 216312.228 2647494.638 140.177 2 216316.853 2647476.284 140.144 3 216324.994 2647497.796 140.139 4 216329.586 2647479.441 140.153
S35
1 216284.603 2647118.376 154.416 2 216287.378 2647113.787 154.378 3 216296.810 2647125.901 154.365 4 216299.704 2647121.272 154.400
S38
1 216271.328 2647253.507 147.616 2 216275.527 2647243.937 147.625 3 216285.107 2647259.802 147.638 4 216289.331 2647250.290 147.639
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圖 34 山形屋頂輪廓圖
(a) S9 (b) S18
(c) S19 (d) S32
(e) S35 (f) S38
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矩形屋頂的真實資料現況說明如表 22，以工作標準件測得之屋角點 坐標整理如表 23，再將屋角點計算出形心坐標(表 24)，作為點雲精度評 估用之參考值。
表 22 矩形屋頂現況說明
編號 點雲套疊正射影像 矩形屋頂現況(Google 街景)
F10
F12
F16
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F45
F124
F201
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1 215092.893 2647255.295 213.874 2 215104.348 2647237.821 213.877 3 215106.591 2647264.253 213.878 4 215118.038 2647246.805 213.883
F12
1 215206.315 2647331.465 201.784 2 215209.477 2647326.504 201.901 3 215209.894 2647333.843 201.857 4 215213.127 2647328.895 201.882
F16
1 215053.292 2647064.028 224.974 2 215057.725 2647058.741 225.078 3 215058.291 2647068.208 224.853 4 215062.647 2647062.920 224.990
F45
1 214885.471 2646939.739 244.110 2 214886.888 2646935.305 244.178 3 214893.304 2646941.993 244.138 4 214894.606 2646937.759 244.183
F124
1 215475.352 2647021.916 200.471 2 215477.756 2647018.135 200.454 3 215479.838 2647024.780 200.445 4 215482.261 2647020.998 200.465
F201
1 215692.737 2646792.812 196.076 2 215696.628 2646788.439 196.107 3 215703.454 2646802.471 196.062 4 215707.376 2646798.152 196.065
表 24 矩形屋頂之形心坐標(公尺)
編號 橫坐標 縱坐標 橢球高
F10 215105.467 2647251.043 213.878
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第四節 以山形屋脊線執行點雲精度評估實驗
本節使用真實空載光達點雲資料，處理流程如圖 35，由於點雲資料 為一完整山形屋頂面，為獲得兩個平面以計算交會屋脊線，依據工作標準 件測得屋脊點三維坐標，依據連線做為真實屋脊線將山形屋上之點雲分割 成兩屋頂面之點雲。另外，為避免最小二乘計算時因數值過大，導致解算 出問題，因此將所有點雲坐標適當平移，再分別以平面擬合方式獲得兩屋 頂面之平面參數，最後由兩屋頂面之平面參數進一步計算交會直線上之任 意兩點，連線形成擬合平面的交會屋脊線。
圖 35 山形屋點雲擬合計算屋脊線之處理流程(內政部國土測繪中心，
2016)
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以下將 6 個山形屋頂分別計算位於不同航帶(航帶編號為 1 至 8)點雲 圖，擬合交會屋脊線至真實屋脊線之公垂距離、真實屋脊點至擬合交會屋 脊線的距離，以及另外計算真實屋脊線與交會屋脊線夾角，以了解真實屋 脊線、交會屋脊線於空間中歪斜線之程度。以上成果整理如下表 25：
表 25 各航帶山形屋脊線計算成果
屋頂名稱 S9
屋頂夾角 150 度
航帶編號 1
公垂距離 0.0523 公尺 端點至直線距離 0.0651 公尺 端點至直線距離 0.0572 公尺 兩屋脊線夾角 0.0819 度
屋頂名稱 S9
屋頂夾角 150 度
航帶編號 2
公垂距離 0.0572 公尺 端點至直線距離 0.0577 公尺 端點至直線距離 0.0575 公尺 兩屋脊線夾角 0.0713 度
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屋頂名稱 S9
屋頂夾角 150 度
航帶編號 4
公垂距離 0.0228 公尺 端點至直線距離 0.0278 公尺 端點至直線距離 0.0407 公尺 兩屋脊線夾角 0.0937 度
屋頂名稱 S9
屋頂夾角 150 度
航帶編號 5
公垂距離 0.0208 公尺 端點至直線距離 0.0383 公尺 端點至直線距離 0.0550 公尺 兩屋脊線夾角 0.0993 度
屋頂名稱 S9
屋頂夾角 150 度
航帶編號 6
公垂距離 0.0320 公尺 端點至直線距離 0.0331 公尺 端點至直線距離 0.0462 公尺 兩屋脊線夾角 0.1321 度
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屋頂名稱 S9 屋頂夾角 150 度
航帶編號 7
公垂距離 0.0080 公尺 端點至直線距離 0.0721 公尺 端點至直線距離 0.0985 公尺 兩屋脊線夾角 0.1407 度
屋頂名稱 S18 屋頂夾角 163 度
航帶編號 2
公垂距離 0.0901 公尺 端點至直線距離 0.1896 公尺 端點至直線距離 0.2100 公尺 兩屋脊線夾角 0.2598 度
屋頂名稱 S18 屋頂夾角 163 度
航帶編號 3
公垂距離 0.0362 公尺
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80
屋頂名稱 S18 屋頂夾角 163 度
航帶編號 4
公垂距離 0.0633 公尺 端點至直線距離 0.0749 公尺 端點至直線距離 0.0633 公尺 兩屋脊線夾角 0.4563 度
屋頂名稱 S18 屋頂夾角 163 度
航帶編號 5
公垂距離 0.1316 公尺 端點至直線距離 0.1398 公尺 端點至直線距離 0.1387 公尺 兩屋脊線夾角 0.0358 度
屋頂名稱 S18 屋頂夾角 163 度
航帶編號 7
公垂距離 0.0406 公尺 端點至直線距離 0.0958 公尺 端點至直線距離 0.0812 公尺 兩屋脊線夾角 0.1874 度
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屋頂名稱 S18 屋頂夾角 163 度
航帶編號 8
公垂距離 0.0583 公尺 端點至直線距離 0.0609 公尺 端點至直線距離 0.0951 公尺 兩屋脊線夾角 1.0544 度
屋頂名稱 S19 屋頂夾角 157 度
航帶編號 2
公垂距離 0.0874 公尺 端點至直線距離 0.1608 公尺 端點至直線距離 0.1824 公尺 兩屋脊線夾角 0.1947 度
屋頂名稱 S19 屋頂夾角 157 度
航帶編號 3
公垂距離 0.0149 公尺
‧ 國
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屋頂名稱 S19 屋頂夾角 157 度
航帶編號 4
公垂距離 0.0281 公尺 端點至直線距離 0.0358 公尺 端點至直線距離 0.0555 公尺 兩屋脊線夾角 0.1997 度
屋頂名稱 S19 屋頂夾角 157 度
航帶編號 5
公垂距離 0.0644 公尺 端點至直線距離 0.0807 公尺 端點至直線距離 0.0977 公尺 兩屋脊線夾角 0.1930 度
屋頂名稱 S19 屋頂夾角 157 度
航帶編號 7
公垂距離 0.0805 公尺 端點至直線距離 0.0806 公尺 端點至直線距離 0.0810 公尺 兩屋脊線夾角 0.1008 度
‧ 國
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屋頂名稱 S19 屋頂夾角 157 度
航帶編號 8
公垂距離 0.0620 公尺 端點至直線距離 0.0810 公尺 端點至直線距離 0.0768 公尺 兩屋脊線夾角 0.0528 度
屋頂名稱 S32 屋頂夾角 161 度
航帶編號 3
公垂距離 0.0715 公尺 端點至直線距離 0.1019 公尺 端點至直線距離 0.1482 公尺 兩屋脊線夾角 0.1728 度
屋頂名稱 S32 屋頂夾角 161 度
航帶編號 5
公垂距離 0.0291 公尺
‧ 國
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84
屋頂名稱 S32 屋頂夾角 161 度
航帶編號 6
公垂距離 0.0349 公尺 端點至直線距離 0.1319 公尺 端點至直線距離 0.1128 公尺 兩屋脊線夾角 0.0601 度
屋頂名稱 S32 屋頂夾角 161 度
航帶編號 7
公垂距離 0.0438 公尺 端點至直線距離 0.0989 公尺 端點至直線距離 0.0532 公尺 兩屋脊線夾角 0.1768 度
屋頂名稱 S32 屋頂夾角 161 度
航帶編號 8
公垂距離 0.0487 公尺 端點至直線距離 0.1270 公尺 端點至直線距離 0.0788 公尺 兩屋脊線夾角 0.1673 度
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屋頂名稱 S35 屋頂夾角 162 度
航帶編號 3
公垂距離 0.0977 公尺 端點至直線距離 0.1274 公尺 端點至直線距離 0.1231 公尺 兩屋脊線夾角 0.0731 度
屋頂名稱 S35 屋頂夾角 162 度
航帶編號 4
公垂距離 0.0119 公尺 端點至直線距離 0.0666 公尺 端點至直線距離 0.1231 公尺 兩屋脊線夾角 0.5516 度
屋頂名稱 S35 屋頂夾角 162 度
航帶編號 5
公垂距離 0.0120 公尺 端點至直線距離 0.0153 公尺
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屋頂名稱 S35 屋頂夾角 162 度
航帶編號 6
公垂距離 0.0114 公尺 端點至直線距離 0.0283 公尺 端點至直線距離 0.0337 公尺 兩屋脊線夾角 0.6060 度
屋頂名稱 S35 屋頂夾角 162 度
航帶編號 7
公垂距離 0.0133 公尺 端點至直線距離 0.2116 公尺 端點至直線距離 0.0772 公尺 兩屋脊線夾角 1.4208 度
屋頂名稱 S35 屋頂夾角 162 度
航帶編號 8
公垂距離 0.0012 公尺 端點至直線距離 0.0510 公尺 端點至直線距離 0.0238 公尺 兩屋脊線夾角 0.7858 度
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屋頂名稱 S38 屋頂夾角 162 度
航帶編號 3
公垂距離 0.1147 公尺 端點至直線距離 0.1147 公尺 端點至直線距離 0.1621 公尺 兩屋脊線夾角 0.6303 度
屋頂名稱 S38 屋頂夾角 162 度
航帶編號 4
公垂距離 0.0262 公尺 端點至直線距離 0.1210 公尺 端點至直線距離 0.0821 公尺 兩屋脊線夾角 0.2190 度
屋頂名稱 S38 屋頂夾角 153 度
航帶編號 5
公垂距離 0.0203 公尺 端點至直線距離 0.1328 公尺
‧ 國
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屋頂名稱 S38 屋頂夾角 153 度 航帶編號 6
公垂距離 0.0614 公尺 端點至直線距離 0.1403 公尺 端點至直線距離 0.1072 公尺 兩屋脊線夾角 0.2078 度 屋頂名稱 S38 屋頂夾角 153 度 航帶編號 7
公垂距離 0.1123 公尺 端點至直線距離 0.1928 公尺 端點至直線距離 0.1581 公尺 兩屋脊線夾角 0.2466 度 屋頂名稱 S38 屋頂夾角 153 度 航帶編號 8
公垂距離 0.0668 公尺 端點至直線距離 0.1191 公尺 端點至直線距離 0.0784 公尺 兩屋脊線夾角 0.3131 度
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由表 25 之計算成果，為方便理解數值變化，以下將以視覺化方式呈 現，分別將 6 個山形屋於不同航帶內其兩屋脊線公垂距離，以及真實屋脊 端點至擬合交會直線距離繪成折線圖(圖 36 至圖 38)，由於 6 個山形屋並 非被所有航帶覆蓋，無資料的部分以間隔表示。
圖 36 不同航帶的山形屋脊線公垂距離變化
表 25 及圖 36 顯示 6 個山形屋脊線的公垂距離的變化在 1 公分至 13 公分之間，另外位於不同航帶的各山形屋，其公垂距離的平均值，大約在 2 公分至 7 公分之間，與模擬實驗的 5 公分以內相比差距不大，顯示若以 公垂距離作為評估交會屋脊線精度可能會有高估的情況。此外仍有個問題，
由圖 36 的折線發現，山形屋脊線在不同航帶的公垂距離變化太大，無法 找到一致的情況。綜上所述，使用公垂線作為評估指標並不適合。
航帶編號 距
離 (m)
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圖 37 不同航帶的山形屋頂之真實屋脊端點至交會屋脊線距離變化
圖 38 不同航帶的山形屋頂之真實屋脊端點至交會屋脊線距離變化 由圖 37 及圖 38 可發現折線圖變化趨勢相近，變化約在 2 公分至 21 公分之間，各條折線的平均值約為 4 公分 至 13 公分之間，雖然與模擬 實驗成果接近，但是各條航帶的折線變化大，與圖 36 狀況相同。然而，
以本實驗計算真實屋脊點至擬合交會屋脊線的方式不一定能確實反映空載 光達系統的誤差，另一個是目前所用的擬合交會屋脊線模式是假定地面測 得的屋脊端點到擬合交會屋脊線的距離為虛擬屋脊端點，事實上，兩平面 交會擬合直線是一條無限延伸的線，無法找出直線的兩個端點位於何處。
因此，本研究認為山形屋之屋脊線並不適合做為空載光達系統的點雲精度 評估標物，而矩形平屋頂面計算形心坐標為唯一點，能與同為唯一點的重 心坐標比較，應較適合做點雲精度評估之參考指標。
距 離 (m)
距 離 (m)
航帶編號 航帶編號
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第五節 以矩形平屋頂面執行點雲精度評估之實驗
一、 精度評估成果不確定度之分析
本研究發展之半自動點雲精度評估程序，為人工選取包含矩形平屋頂 面上之點雲，再以自動化偵測及剔除非屋頂點雲，並計算重心坐標與地測 所得形心坐標之較差，執行點雲精度評估。然而，其操作的過程不一定皆
本研究發展之半自動點雲精度評估程序，為人工選取包含矩形平屋頂 面上之點雲，再以自動化偵測及剔除非屋頂點雲，並計算重心坐標與地測 所得形心坐標之較差，執行點雲精度評估。然而，其操作的過程不一定皆